BE- Uydu Haberleşmesi ve Uzaktan Algılama Lisansüstü Programı - Doktora
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Yazar "Çatalkaya, İbrahim" ile BE- Uydu Haberleşmesi ve Uzaktan Algılama Lisansüstü Programı - Doktora'a göz atma
Sayfa başına sonuç
Sıralama Seçenekleri
-
ÖgeMikrodalga Soğurucu Tasarımı(Bilişim Enstitüsü, 2017) Çatalkaya, İbrahim ; Kent, Sedef ; 705072004 ; Uydu Haberleşmesi ve Uzaktan Algılama ; Satellite Communication and Remote SensingElektromanyetik girişim (Electromagnetic Interference, EMI), elektromanyetik uyumluluk (Electromagnetic Compatibility, EMC), anten yayılım paterni (Antenna Radiation Pattern, ARP), radar kesit alanı (Radar Cross Section, RCS) gibi ölçümlerin doğru ve güvenilir olarak yapılabilmesi için ölçülecek ekipman civarında, ölçümlerin doğruluğunu etkileyebilecek herhangi bir bozucu elektromanyetik (Electromagnetic, EM) dalga kaynağı veya kaynaktan gelen dalgaları yansıtan bir nesne bulunmamalıdır. Genellikle elektronik cihazlardan yayılan istenmeyen veya kaçak elektromanyetik sinyal radyasyonu, yayılan radyasyon güçlü olduğunda canlılar için de ciddi tehlike oluşturabilir ve yakınlarda bulunan diğer elektronik cihazlarda arızalara sebep olabilir. İşte bütün bu nedenlerden dolayı istenmeyen veya kaçak EM sinyal yayılımının tespiti çok önemlidir. Doğru ve güvenilir ölçüm sonuçları elde etmek, ölçümlerin bozucu EM dalga kaynağı veya yansımaya sebep olabilecek nesnelerin bulunmadığı açık bir alanda yapılması ile mümkündür. Ancak günümüzde bütün frekans bandlarının yoğun olarak kullanılması nedeniyle ölçüm yapılacak noktada çok fazla bozucu EM dalga kaynağının bulunması, yansımaya sebep olabilecek nesnelerin bulunmadığı böylesi bir açık alan bulmanın zorluğu, açık alandaki ölçümün doğruluğunu etkileyebilecek sıcaklık, nem vb. gibi çevresel etmenlerin çok değişken olması gibi nedenlerden dolayı ölçümlerin açık alanda yapılması pek mümkün değildir. Bu halde ölçümler, yansıyan veya saçılan dalgaların sebep olduğu hatalı ölçüm sonuçlarını önlemek, doğru ve güvenilir sonuçlar elde etmek için duvarları, tavan ve tabanı EM soğurucularla kaplanmış, kapalı bir alanda çalışılmasına olanak sağlayan, yansımasız oda olarak adlandırılan kapalı ortamlarda yapılır. Yansımasız odalar, serbest uzay şartlarını kapalı bir ortamda elde etmek için oluşturulmuş yapılardır. EM soğurucular ölçümler sırasında üzerlerine gelen EM dalgaların yansımalarını engellemek, istenmeyen veya rastgele yayılan EM radyasyonu önlemek için kullanılırlar. Soğurucular, EMC, EMI, ARP ve RCS ölçümlerinin kapalı bir ortamda doğru ve güvenilir olarak gerçekleştirilmesi için vazgeçilmez unsurlardır. Birçok elektronik sistem soğurucular yardımıyla geliştirilmiştir. EM soğurucuların soğurma performansı yapılan ölçümlerin doğruluğunu etkileyen en önemli faktörlerdendir. Soğurucular yapılarında kullanılan malzemelerin kimyasal, fiziksel, elektriksel özelliklerine veya geometrilerine bağlı olarak düşük yansıma katsayısına sahip yapılardır. Soğurucu malzemenin elektriksel özellikleri diğer faktörler yanında soğurma performansı üzerinde oldukça etkilidir. Mikrodalga soğurucular EM dalgaları, sahip oldukları dielektrik veya manyetik kayıplar sayesinde soğururlar. Soğurulan EM dalga zayıflar ve sahip olduğu enerji ısı enerjisine dönüşür. Soğurucunun soğurma kapasitesi, soğurucu malzemenin dielektrik ve manyetik geçirgenlik özelliklerine bağlıdır. Soğurucuda kullanılan malzemenin bağıl dielektrik sabiti elektriksel faktörlerin en önemlilerinden biridir. Bağıl dielektrik sabiti, malzeme içinde depolanan elektrostatik enerjinin bir ölçüsüdür ve EM dalganın malzeme içindeki yayılım hızını etkiler. Soğurucular çalışma şekline göre genel olarak rezonans (resonating) ve kademeli (graded) soğurucular olmak üzere iki ana kategoriye ayrılırlar. Yansımasız odalarda EMC / EMI ölçümlerinde çoğunlukla, en çok bilinen, geniş bandlı kademeli soğuruculardan olan kama veya piramit tipi EM soğurucular kullanılır. Gelen EM dalgaların büyük bir kısmını soğurması için soğurucuların düşük yansıma katsayısına sahip, geniş bir frekans bandında ve geniş bir geliş açısı aralığında iyi bir soğurma performansına sahip olması beklenir. Böylece, kapalı bir alanda oldukça iyi bir şekilde serbest uzay şartları sağlanmış olur. Yansımasız odanın kullanılabilir alanını daraltmaması için oda içinde kullanılacak soğurucuların yüksekliklerinin mümkün olduğunca az olması tercih edilir. Kama veya piramit tipi soğurucuların yüksekliğinin fazla olması yansımasız odanın kullanılabilir alanını sınırlar. Bu sebeple boyutları küçük yansımasız odalarda kullanım alanları sınırlıdır. Yansımasız odalarda kullanılan soğurucuların soğurma performansı kullanılan malzemenin elektriksel özellikleri gibi birçok parametre yanında soğurucu geometrisine de bağlıdır. Özellikle geniş bandlı soğurucularda soğurucunun geometrik şekli soğurma performansı üzerinde önemli etkenlerden biridir. Soğurucuların geliştirilmesi sürecinde farklı geometriler kullanılmıştır. Piramit, kama, kesik kama (truncated wedge) gibi birçok farklı soğurucu geometrisi vardır. Serbest uzayın empedans değerinden soğurucu tabanına doğru düzgün empedans geçişi sağlamaları nedeniyle kama veya piramit tipi konik yüzeylerin daha iyi soğurma performansına sahip olduğu söylenebilir. Bu tür yüzeyler sahip oldukları geometri sebebiyle düzgün empedans geçişi sağlarlar. Kademeli empedans geçişi, yansıyan EM dalganın minimum olduğu bir empedans uydurma devresi gibi davranır. Kama veya piramit tipi soğurucularda empedans uyumsuzlukları minimum seviyede olmaktadır. Bu soğurucular kullanılarak soğurucu üzerine gelen EM dalganın enerjisi maksimum seviyede soğurulmaktadır. Ayrıca soğurucu yapının her bir elemanının (kama, piramit) boyutu gelen EM dalganın dalga boyuna göre daha büyük olduğunda EM dalga, soğurucunun sahip olduğu geometri sebebiyle, geri yansıtılmadan önce soğurucunun yüzeyleri arasında defalarca yansımaya uğrayacaktır. Yanyana yüzeyler arasında defalarca yansımaya uğrayan EM dalga her yansımada bir miktar soğurulacak ve enerjisini büyük oranda kaybedecektir. Yüksek frekanslarda, kamanın kenarındaki uç noktalardan kaynaklanan ve soğurma performansını etkileyen kırınım etkisi de saçılan elektrik alana dikkate değer ölçüde katkı yapmaktadır. Bu nedenle bu tür yapıların sayısal analizinde kullanılan yöntemlerde kırınım etkisinin de dikkate alınması gereklidir. Moment yöntemi (Method of Moments, MoM) bu amaçla kullanılabilecek yöntemlerden biridir. Buradan yola çıkarak, soğurucu yapının geometrisinde yapılacak değişikliklerle empedans uyumunda ve soğurucu yüzeyler arasındaki yansıma sayısında dikkate değer iyileştirmeler sağlanabilir ve soğurma performansı arttırılabilir. Bu tez çalışmasında, soğurucularının soğurma performanslarını, yapılarında kullanılan malzemelerin kimyasal, elektriksel vb. özelliklerinde herhangi bir değişiklik yapmadan, yalnızca soğurucu geometrisine yönelik iyileştirmeler yaparak arttırmak amaçlanmıştır. Bunu yaparken kullanılan yöntem, daha iyi empedans uyumu sağlayacak, EM dalga geri yansıtılmadan önce soğurucu elemanların yüzeyleri arasında çok sayıda yansıma sağlayacak bir soğurucu geometrisi elde etmeye dayanmaktadır. Aynı zamanda soğurucu performansının analizinde kullanılan yöntemlerde de iyileştirmelerin yapılması hedeflenmiştir. Kama şeklindeki soğurucuda empedans geçişi serbest uzaydan soğurucu tabanına doğru doğrusal olarak değişir. Daha iyi empedans geçişi ve soğurucu yüzeyleri arasında çok sayıda yansıma sağlamak için kama soğurucunun yüksekliğinin arttırılması, diğer bir ifadeyle tepe açısının azaltılması gereklidir. Ancak soğurucu yüksekliği, yansımasız odanın ölçüm için kullanılabilecek alanını sınırlar. Bu sebeple yüksekliği fazla olan soğurucuların yarı yansımasız veya küçük boyutlu yansımasız odalarda kullanımı sınırlıdır. Yansımasız odaların ölçüm alanını artırmak, aynı veya daha iyi soğurma performansı elde etmek ancak daha az yüksekliğe sahip farklı soğurucu geometrileri kullanarak mümkündür. Kama şekli yerine doğrusal olmayan bir soğurucu geometrisi kullanmak yansımasız odanın ölçüm alanını arttırarak EMI / EMC ölçümlerinin performansını arttırmaya yardımcı olur. Ayrıca doğrusal olmayan soğurucu geometrisi daha düzgün bir empedans geçişi ve / veya soğurucu yüzeyleri arasında daha fazla sayıda yansıma sağlar. Bu çerçevede bu tez çalışmasının katkısı, soğurucu yüzey fonksiyonlarını elde etmeyi sağlayacak bir yöntem önererek geleneksel kama soğurucudan daha iyi soğurma performansına sahip soğurucular elde etmektir. Çalışmada soğurucu yapılardan saçılan elektrik alanı elde etmek için Periyodik Moment Yöntemi (Periodic Moment Method, PMM) kullanılmıştır. Elektrik alanı soğurucu yapının ekseni doğrultusunda kutuplanmış düzlem EM dalganın (TM modu) yansıma değerleri dikkate alınmıştır. TM modu yansıma performansı, TE modu yansıma performansından daha kötü olduğu için çalışma TM modu ile sınırlıdır. Tezin organizasyonu şu şekildedir: Literatür araştırması kapsamında EM soğurucuların tarihçesi, gelişimi incelenmiş, periyodik soğurucuların çeşitleri, yansımasız odalar ve soğurucuların yansımasız odalarda kullanımından bahsedilmiştir. Tez çalışmasında kullanılacak yöntemlerin açıklanması kapsamında EM dalganın periyodik soğurucu yapılardan saçılması incelenmiş, teorik altyapı oluşturması amacıyla periyodik soğurucu yapıların analizinde kullanışlı bir araç olan PMM açıklanmıştır. Sonraki bölümde elde edilen integral denklemin PMM çözümünün detayları, çözümün referans soğurucu yapı üzerinden kapalı form çift katlı integrasyon yöntemiyle elde edilmesi verilmiştir. Yansıma performansının empedans geçişi ile ilişkisi araştırılmış, dışbükey, doğrusal ve içbükey yüzeylerin yansıma performansları karşılaştırılarak içbükey yüzeylerin dikkate değer şekilde daha iyi yansıma performansına sahip oldukları gösterilmiştir. Çok bilinen bazı içbükey fonksiyonlar temel alınarak soğurucu yüzeylerde kullanılacak, sınır koşullarını sağlayan içbükey fonksiyonların elde edilişi açıklanmıştır. İçbükey yüzey fonksiyonları kullanılarak elde edilen soğurucu yüzeylerin MATLAB optimizasyon araçları yardımıyla en iyi soğurma performansını sağlayacak şekilde optimizasyonu açıklanmıştır. Soğurucu performans analizleri bölümünde soğurucu yapı malzemesi olarak kabul edilen karbon katkılanmış köpükten oluşan kayıplı malzemeye ait dielektrik katsayılarından bahsedilmiş, PMM yöntemi kullanılarak yazılan MATLAB programının doğru çalıştığı gösterilmiş ve soğurucu tasarımlarının PMM hesaplamalarına ait sonuçlar sunulmuştur. Yansıma katsayısı, faz, RCS ve bistatik patern grafikleri her soğurucu yapı için ayrı ayrı verilmiştir. Soğurucu yapıların TM modu yansıma performansı sonuçlarının geleneksel kama soğurucu ve birbirleriyle karşılaştırılması tartışma bölümünde sunulmuştur. Tez çalışmasının genel bir değerlendirmesinin yer aldığı ve ilerleyen dönemde yapılacak çalışmaların irdelendiği sonuç bölümü son bölüm olarak eklenmiştir.